Analysis of multi-layered microelectronic packaging under uniformly distributed loading

An accurate estimate of interfacial stresses in multi-layered microelectronic packaging is very important for design and prediction of delamination-related failures. An analytical model for stress analysis of multi-layered stacks, which is based on an extension of Valisetty’s model (Bending of Beams, Plates and Laminates: Refined Theories and Comparative Studies, Ph.D. thesis, Georgia Institute of Technology, Atlanta, March 1983), is proposed in this paper. This analytical approach considers each layer as a beam-type plate with orthotropic material properties. A new miniature material testing unit is developed. High sensitive Moiré interferometry was used to measure the strain field in the bi-material interfaces. The test data is in good agreement with the proposed analytical solution. The problem is also analyzed by a finite element analysis. Comparison of all three results indicates that the analytical procedure is far superior to finite element analysis for this problem.     

AN ANALYTICAL SOLUTION TO LONGITUDINAL VIBRATION OF A PILE OF ARBITRARY SEGMENTS WITH VARIABLE MODULUS

The vibration problem of a pile of arbitrary segments with variable modulus under exciting force is established, in which the influence of the soil under pile toe and the surroundings is taken into account. With Laplace transforms, the transmit functions for velocity and displacement of pile are derived. Furthermore, in terms of the convolution theorem and inversed Laplace transform, an analytical solution for the time domain response of a pile subjected to a semi-sine impulse is developed, which is the theoretical basis of the sonic method in pile integrity testing. Based on the solution, the vibration properties of pile with sharp or continuous modulus are studied. The validity of this approach is verified through field dynamic tests on some engineering piles. It shows that the theoretical prediction and the response of the pile are in good agreement.     

任意段变模量桩纵向振动的解析解

建立了均质土中考虑桩端土和桩侧土作用的任意段变模量桩，讨论了在桩顶受纵向激励时的定解问题，并用拉氏变换（Laplace)求得桩顶速度频域响应的解析解，然后利用卷积定理和拉氏逆变换求得桩顶速度时域响应的解析解，并将其运用到桩基质量的动力检测中。对弹性模量突变桩以及模量连续变化桩的振动特性作了进一步的研究，并将理论曲线与实测曲线进行了拟合对比，结果表明，两者吻合较好。     

共混/填充高分子复合材料界面力学行为实验研究进展

本文首先介绍了高聚物复合材料界面微观结构的特点和界面破坏的微观形式, 在此基础上,详细回顾了粒子填充高分子复合材料和共混高分子合金两类材料的界面力学性能实验研究的进展,总结了研究粒子/基体界面力学性能的实验方法和用这些方法获得的实验结果。介绍的实验方法从宏观拉伸实验到细观在位拉伸实验, 从定性的断口形貌分析到定量的界面强度和粘结能计算, 从不同层次和角度阐述了研究界面性能各种方法的优缺点。最后, 作者根据综合分析的结果, 指出了实验研究界面力学性能遇到的主要困难来自实验仪器的局限性和实验方法的匮乏性。为了获得可靠的界面性能, 一方面应该设计出利于表征的界面, 另一方面需要在实验技术上有所创新。相信该文对于深入了解和研究共混/填充高分子复合材料的界面问题, 以及其它类型材料的界面问题具有一定的借鉴意义。      

多个椭圆柱波浪力的一种解析解

波浪在大尺寸结构表面产生不可忽略的散射波, 该散射波在多柱体体系中继续传播, 并在同体系中的其他柱体上产生高次散射波. 本文基于椭圆坐标系和绕射波理论首先推导了波浪作用下椭圆单柱体产生的散射波压力公式, 随后考虑该散射波在多柱体系中的传播, 将其视为第二次入射波, 推导出柱体上第二次散射波压力公式, 同理可以推导出高次散射波压力公式, 最后得到椭圆多柱体波浪力解析解, 并用数值解验证了本文解析方法的正确性. 本文以双柱体和四柱体体系为例, 分析了不同参数(波数、净距、波浪入射角度等)下, 高次散射波对柱体上波浪作用的影响. 结果表明: 波数较大的情况下, 高次散射波引起柱体上的波浪力不能忽略; 结构间距较大的情况下, 虽然高次波的作用有减小的趋势但仍然明显; 高次散射波来自多个柱体对入射波的散射, 柱体数目的增加后, 高次波的影响会增加, 结构所受的高次波作用因参数变化而起的波动会变剧烈; 高次波对上游柱体波浪力的贡献较对下游柱体的贡献大.      

卷积型最小二乘法求解梁的动力学问题

提出了卷积型最小二乘法,并用其计算了不同初始条件和不同边界条件下梁的动力学问题,算例表明,方法概念简单,计算方便,精度高,计算工作量少,卷积型最小二乘法是计算结构动力学问题的一种简单、高效的方法,试函数可以不满足边界条件.     

试验机弹性储能对岩石力学性能测试的影响

在材料试验机上进行岩石力学性能测试时，如何准确测量岩石的变形是整个测试分析的基础．为了具体考察试验机刚度对岩石变形测量的影响程度，在两台不同的试验机上进行了岩石的单轴压缩试验，通过对加卸载过程中试验系统及岩石能量变化的分析，详细研究了试验系统弹性储能对岩石变形测量的影响，进而给出了基于试验机刚度的修正计算方法，来确定岩石在测试过程中的变形．     

厚壳三维分析的半解析解

本文对座标系三维弹性力学问题采用周向与径向解析,轴向离散的半解析数值方法。通过引入部分解析函数,将三维问题归结为一维离散化方程。这种方法能适应于一大类复杂的弹性力学问题,方法简单,计算工作量少。本文用这方法来分析厚壳的三维变形与应力规律,研究大厚跨比的强厚壳的三维弹性理论解,为建立可靠的强厚壳理论提供依据。     

热冲击作用下正交各向异性圆柱体的动应力及磁场矢量扰动的集中效应

给出种一解析方法求解在两种热载荷冲击作用下,正交各向异性圆柱体的动应力和磁场矢量扰动的集中效应．通过一种有限积分和拉普拉斯变换求出热磁变形运动方程的解析解,给出相应的动应力和磁场矢量扰动的解析表达式,得到柱体内动应力和磁场矢量扰动的响应历程及分布规律．     

多层层合板圣维南问题的解析解

将哈密尔顿体系理论引入到多层层合板问题之中，建立了一套求解该问题的横向哈密尔顿算子矩阵的本征函数向量展开解法，并成功地求解出圣维南问题的解析解．进一步显示了弹性力学新求解体系的有效性及其应用潜力     

Reissner矩形板的弯曲问题

本文根据Rcissncr平板理论,提出了矩形中厚板弯曲问题的解答,应用本文中的(5)、(9)式,可求解通常边界条件下,承受横向均布力q_0以及承受横向均布力和板边法向弯矩等组合荷载共同作用下的矩形中厚板的弯曲问题,而且使这类问题的解答规律化。     

四边简支各向同性矩形厚板的插值矩阵法解

针对强厚度矩形板四边简支情况,论文根据状态变量法思想,基于三维弹性理论基本方程,以3个位移分量及3个应力分量按双三角级数展开,将三维弹性力学控制方程转化为常微分方程边值问题.尽管一些各向异性弹性矩形厚板早已由状态空间法获得分析解,可是各向同性厚板的分析解至今难以获得,因为状态空间解法中特征方程有重根问题而不易于收敛.论文提出采用插值矩阵法直接对常微分方程进行求解,获得各向同性矩形厚板在四边简支边界条件下三维理论的位移和应力解,并与有限元精细结果进行比较,证明了本文解的准确性.     

微小缺口/孔洞的激光衍射无损检测

基于裂纹和孔洞的小尺寸特征,提出了微小缺口/孔洞的激光衍射无损探测技术,给出了解析表达式.通过这一技术,对单向拉伸试件中所含单边缺口和中心孔洞在外载作用下的演化过程进行了实时原位检测,获得了缺口/孔洞孔径随载荷的变化曲线及模拟裂纹时裂纹的张开位移、裂纹开裂长度及应力强度因子等一系列断裂参数.     

低渗透多孔介质渗流动边界模型的解析与数值解

考虑启动压力梯度的低渗透多孔介质非达西渗流模型属于强非线性动边界问题, 分别利用相似变量变换方法和基于空间坐标变换的有限差分方法, 对内边界变压力情况下、考虑启动压力梯度的一维低渗透多孔介质非达西渗流动边界模型进行了精确解析与数值求解研究. 研究结果表明:该动边界模型存在唯一的精确解析解, 且所求得的精确解析解可严格验证数值解的正确性;且当启动压力梯度值趋于零时, 非达西渗流动边界模型的精确解析解将退化为达西渗流情况下的精确解析解. 由求解结果作出的非零无因次启动压力梯度下的地层压力分布曲线表现出紧支性特点, 其与达西渗流模型的有显著不同. 因此, 研究低渗透多孔介质中非稳态渗流问题时, 应该考虑动边界的影响. 研究内容完善了低渗透多孔介质的非达西渗流力学理论, 为低渗透油气藏开发的试井解释与油藏数值模拟技术提供了理论基础.      

微磁检测应力和塑性区的磁弹塑耦合理论

金属磁记忆微磁检测方法, 利用铁磁材料局部磁性状态的变化, 进行应力集中或塑性区域位置及程度的检测与评价. 面向微磁信号的定量理论分析可对其工程领域应用提供重要指导. 本文介绍铁磁材料微弱环境磁场下的磁弹塑性本构进展, 及其在微磁信号分析方面的应用. 力磁本构关系方面, 针对微磁检测弱磁化条件, 基于有效场理论构建了受弹塑性载荷铁磁材料的理想磁化本构的显式解析式, 并结合接近原理分析了恒定外加微弱磁场下应力-应变对材料磁化强度的影响. 检测信号分析方面, 基于弹性力学理论、静磁学理论和新建立的磁弹塑性本构关系, 建立并求解了微弱磁场下铁磁试件中弹性应力或塑性区诱导的表面磁信号的二维分析模型. 结合实验结果证实其在刻画弹塑性因素对微磁信号影响规律方面的能力, 并详细分析了微磁信号的特征量与局部弹性应力或塑性区的尺寸间的相关关系. 相比已有力磁本构关系, 本文建立的显式解析形式的理想磁化更加简洁, 有助于提升对力磁耦合效应的定量化理解和应用.      

FINITE ELEMENT ANALYSIS OF FREE SURFACE FLOW THROUGH GATES

Two-dimensional finite element analyses of two types of gate—(i) a conduit gate with pressure flow upstream of the gate and free surface flow downstream of the gate and (ii) a sluice gate with free surfaces both upstream and downstream of the gate—are done using ideal fluid theory. The conduit gate problem is solved using both Φ- and Ψ- formulations. Various methods of satisfying the boundary conditions were tested for both formulations. The ψ-formulation developed in the present study is found to converge faster for flows with Froude numbers less than 4, which are common in sluice gates. The results obtained from the present study are compared with results from analytical and experimental techniques available in the literature. The ψ-formulation developed in the present study is then used to solve the spillway gate problem, for which no analytical solution is available.     

检验人工听骨力学性质的解析方法

传导性耳聋多由鼓膜或听骨链病变所致,人工中耳已在临床上广泛应用于传导性耳聋治疗.根据人工中耳结构试验和力学假设,用变分原理建立在任意时刻$t$点,人工鼓膜受迫振动位移与激发声压的关系,推导控制方程. 采用分离变量法及贝塞尔函数对方程求解,得到鼓膜和听骨位移的解析解. 通过与文献试验数据比较,感觉曲线形状与走势基本一致,证明了该方程是正确的,能够反映声音的传导机制. 利用方程计算得到:质量小的材料传音效果好于质量大的;顶盘面积一定时,质量为某一特定值时传音效果更佳; 该结果与相关文献的试验结果相符合. 研究表明: 该方程对于人工中耳数据的获得非常方便,并且能够优化人工听骨材料,特别是对质量的控制能达到科学的效果,避免测量因素及其他因素的干扰.该方法为耳生物力学的研究及应用提供了新的视点.      

Exact Solution for Coupled Reactive Flow and Dissolution with Porosity Changes

We derive exact solution for mineral-dissolution reactive flows in porous media with porosity variations. These conditions are relevant to injection of incompatible liquids into aquifers for disposal or waste storage, rock alteration during well stimulation by acidising or invasion of corrosive, far-from-equilibrium fluids related to ore deposit formation and heap or in situ leaching in mineral processing. Despite the porosity change making the one-dimensional flow equations nonlinear, the problem allows for exact integration, and a novel analytical model is developed. It allows presenting typical curves for breakthrough concentrations and porosity evolution. The exact solution provides a tool for predictive testing of reactive models that account for porosity creation. The analytical model derived exhibits high agreement with laboratory data, which validate the model.     

三维引力辅助解析分析方法研究

针对星际探测中的引力辅助技术,基于二体问题,导出了三维引力辅助前后飞行器速度、能量、角动量和轨道倾角与引力辅助参数之间的解析公式. 以进行木星引力辅助为例,将解析公式计算的结果与基于圆型限制性三体问题的数值仿真结果进行了对比,各项绝对误差小于0.01,除极少数情况外,相对误差均小于0.7%. 分析结果表明导出的解析公式与实际情况对比具有较高的精度,可以满足引力辅助轨道初步设计的需要. 为了讨论和应用上的方便,对导出的公式进行了简化,据此进一步讨论了引力辅助参数对引力辅助效果的影响.     

受均布载荷压杆后屈曲形态的数值计算

对受均布载荷压杆的屈曲及后屈曲行为进行了分析.基于杆的大变形理论,考虑杆的轴向伸长,建立了受均布载荷作用下细长压杆的几何非线性平衡方程.采用打靶法和解析延拓法数值求解非线性两点边值问题,得到了杆的后屈曲平衡路径和平衡构形.